摘要
随着航空工业的发展，飞机结冰问题越来越受到重视，飞机结冰问题及防除冰系统研究也逐渐深入。目前，研究飞机结冰的方法有飞行试验、冰风洞实验、数值模拟方法，而数值模拟方法由于成本低，速度快等特点成为研究结冰问题的主要方法。本文针对飞机结冰的数值模拟过程，重点研究其中的欧拉法水滴撞击特性计算以及基于动网格的结冰非定常计算方法，并对水滴撞击过程中可能会发生的飞溅、破碎反弹等现象进行了实验研究。 本文主要内容分五章，第一章对飞机结冰的危害进行了简要描述，介绍了当前国内外对飞机结冰研究方向以及研究主要方法及成果。第二章描述了飞机结冰数值模拟的基本流程，分别介绍了网格生成、流场计算、水滴轨迹计算及结冰生成计算的方法，重点研究了基于拉格朗日法和欧拉法的水滴撞击特性计算方法，并介绍具体求解过程；基于Messinger模型建立了二维结冰生长模型并给出了求解结冰外形的方法；对典型结冰气象条件下的结冰算例进行计算，通过对比本文计算结果与实验结果及其他软件计算结果，验证了本文水滴轨迹及结冰外形计算方法的正确性。第三章介绍了数值计算中的三种动网格模型：Smoothing模型、Layering模型、Remeshing模型，分析了三种动网格模型的适用范围以及应用于飞机结冰计算的可行性，针对飞机非定常结冰问题提出使用Smoothing模型及Remeshing模型结合对飞机结冰进行模拟的方案，实现飞机结冰计算中结冰边界的动态更新过程；计算了非稳态结冰情况下的结冰外形与稳态结冰计算方法结果进行比较，分析两者差异和产生原因，计算结果表明：非稳态结冰计算可以提高飞机结冰数值模拟的精度。第四章对水滴撞击特性进行了实验研究，通过实验与数值相结合的方法研究了不同入射速度、不同入射角和不同表面粗糙度下水滴的撞击特性，用数值模拟的方法计算了水滴飞溅对水滴撞击特性和结冰冰形的影响。第五章对全文工作进行综合性总结，并对未来工作进行展望。
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